计算机视觉核心Mat数组的逐元素访问

01

利用at()成员函数访问数组元素

最基础的直接访问手段是通过模板成员函数at()，对数组元素进行访问。因为是模板函数，所以该函数可以接受各种类型和维度的参数。使用该函数访问数组元素的例子如下：

代码输出结果如图：

结果分析：上述代码有三个部分。

部分一：访问的是二维，单通道数组。

cv::Mat::eye(10,10,CV_32FC1)：定义了一个10乘以10的32float的一维单位数组(CV_32FC1)

m_1.at(3,3)：模板成员函数m_1.at，输入模板参数float，(3,3)表示访问的是一维数组中第四行第四列的元素，如下图所示。

部分二：访问的是二维，三通道数组

Mat m_2 = cv::Mat::eye(3,3,CV_32FC3)：定义了一个3乘以3的32float的三维单位数组(CV_32FC3)

m_2.at(i, j)[0]：模板成员函数m_2.at，输入模板参数cv::Vec3f，(i,j)[0]表示访问的是三维数组中第i+1行，第j+1列，通道一的元素。

m_2.at(i, j)[1]：模板成员函数m_2.at，输入模板参数cv::Vec3f，(i,j)[0]表示访问的是三维数组中第i+1行，第j+1列，通道二的元素。

m_2.at(i, j)[2]：模板成员函数m_2.at，输入模板参数cv::Vec3f，(i,j)[0]表示访问的是三维数组中第i+1行，第j+1列，通道三的元素。

cv::Vec3f：对于访问多通道（本例中为3通道）数组而言，不能直接用float作为模板参数，因为正如上面三个访问元素语句所示，其实对于当前类型而言直接访问的不是单个元素，而是所有通道中的第i+1行，j+1列的元素向量(m_2.at(i, j))，空间示意图如下图所示。因此在访问多通道数组时，需要传入固定向量类型作为模板参数。

部分三：访问的是三维，三通道数组。

该部分通过直接访问的手段，让我们能够进一步感受到，多维度和多通道的区别。下图之前也有用到过，多维度和多通道的概念切记不要混淆（上一篇文章最后利用两张图很形象的告诉大家维度和通道的区别）。

m_3.at(i, j,k)：上述注释中也有提到，当数据类型为单通道的时候，需要用float访问，多通道的时候需要用固定向量类的对应格式的别名来访问（此例中是三通道浮点数所以用Vec3f）。

02

利用ptr()成员函数访问数组元素

要访问二维数组，还可以提取指向数组特定行的C样式指针。 这是通过cv :: Mat的ptr （）模板成员函数完成的（回想一下，数组中的数据是连续的，因此以这种方式访问特定列是没有意义的; 我们很快就会看到正确的方法。）

与at>（）一样，ptr （）是一个使用类型名称实例化的模板函数。 它需要一个整数参数来指示您希望获得指针的行。 该函数返回一个指向构造数组的基本类型的指针（即，如果数组类型是CV_32FC3，则返回值的类型为float *）。因此，给定float类型的三通道矩阵mtx，构造mtx.ptr （3）将返回指向mtx第3行中第一个元素的第一个（浮点）通道的指针。这通常是 访问数组元素的最快方法，因为一旦有了指针，就可以找到数据。

因此有两种方法可以在矩阵mtx中获得指向数据的指针。 一种是上述的使用ptr （）成员函数。 另一种是直接使用成员指针数据，并使用成员数组step []来计算地址。后一种选择类似于C接口中常用的选项，但在at（），ptr （）和迭代器访问数组的过程中，通常不再优先 。 话虽如此，直接地址计算可能仍然是最有效的，特别是当您处理大于两个维度的数组时。

关于C风格的指针访问，最终要的一点是， 如果要访问数组中的所有内容，您可能希望能够一次迭代一行; 这是因为行不一定会在数组中连续打包（packed？）。但是成员函数isContinuous()会告诉你行是否在数组中连续打包（packed）。如果判断完了之后，当前数组中行是连续的，那么你只需要找到第一行中第一个元素的指针，那么你就可以访问真个数组，就好像这个多维数组是个巨大的一维数组一样。

Note：这部分访问涉及到data和step计算地址，因此后续会单独介绍这部分详解，本文不作过多讨论。

03

利用迭代器访问数组元素

顺序访问的另一种形式是使用cv :: Mat中内置的迭代器机制。这种机制和STL标准库中的提供的机制非常的类似。基本思想是OpenCV提供了迭代器模板。cv :: Mat成员函数begin（）和end（）返回此类型的对象。这种迭代方法很方便，因为迭代器足够智能，可以自动处理连续打包和非连续打包，以及处理数组中的任意数量的维度。

必须声明每个迭代器，并在声明阶段将其指定为构造数组对象的类型。以下是迭代器的一个简单示例。

cv::randu(m, -1.0f, 1.0f)：随机生成-1到1的值，并填满多维多通道数组。

Mat_::iterator it = m.begin()：利用begin成员函数，返回Vec3f类型的指针（迭代器），指向数组的头部。

Mat_::iterator itend = m.end()：利用end成员函数，返回Vec3f类型的指针（迭代器），指向数组的尾部。

(*it)[0] = 255;

(*it)[1] = 255;

(*it)[2] = 255：对每一个位置的三个通道作一个相同的操作。

在对整个数组执行操作时，通常会使用基于迭代器的访问，或者在多个数组之间执行一些基于元素级的操作（Elementwise）。比如将两个数组相加或将数组从RGB颜色空间转换为HSV颜色空间这样的案例中，对于每个像素位置而言，进行的都是相同精确操作，正如上述代码所示，此时使用迭代器会比较方便。

迟到的圣诞快乐~，昨晚四个人搭了4个小时的成果。能坚持下来不容易~~